JP7374142B2

JP7374142B2 - ホイールローダ

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Publication number: JP7374142B2
Application number: JP2021031953A
Authority: JP
Inventors: 庸子塚田; 秀一森木; 芳明堤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2023-11-06
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Description

本開示は、ホイールローダに関する。

従来から作業車両の制御システムに関する発明が知られている（下記特許文献１）。特許文献１に記載された作業車両の制御システムは、位置決定部と、表示部と、表示制御部とを備える（同要約、請求項１、第０００９段落等）。前記位置決定部は、積込対象車両における積込状況に基づいて前記積込対象車両に対する積込位置を決定する。前記表示制御部は、側方視される前記積込対象車両に対して前記位置決定部で決定された積込位置に対応する積込ガイダンスを前記表示部に表示する。

より具体的には、位置算出部は、画像解析部において抽出した積込対象車両に基づいて前記表示部上に表示される積込対象車両の積込対象領域の位置を算出する。そして、位置算出部は、前記位置決定部により決定された位置に対応する、抽出した積込対象領域の長さ方向に対して３分割した所定の位置を積込位置として算出する（同第００８８段落）。表示制御部は、位置算出部で算出された積込位置に基づいて位置決定部で決定された積込位置に対応する積込ガイダンスを側方視される積込対象車両に対して表示部に表示する（同第００９１段落）。

これにより、オペレータは、表示部に表示された積込ガイダンスを見ながら操作部を操作して積込対象物を側方視される積込対象車両の決定された位置に対して積込作業を実行することが可能である。この場合、オペレータは、表示部において、側方視される積込対象車両に対して表示された積込ガイダンスを確認するため、直観的な積込作業が可能である（同第００９５段落）。

特開２０１７－０４３８８７号公報

前記従来の制御システムでは、前述のように、側方視される積込対象車両に対して、積込対象領域の長さ方向に対して分割した所定の積込位置に対応する積込ガイダンスが、表示部に表示される。しかしながら、表示部に表示された各々の積込位置に対して積込対象物を均等に積み込むために、オペレータは、依然として作業車両を手動で操作し、各々の積込位置に対して積込対象物を複数回に分けて積み込む必要がある。このような作業車両の手動操作は、複雑で熟練を要し、オペレータにかかる負担が大きい。

本開示は、積込領域に対して積込対象物を均等に積み込むことができ、オペレータの負担を軽減することが可能なホイールローダを提供する。

本開示の一態様は、車体と、前記車体に対し上下に回動可能に設けられたリフトアームと、前記リフトアームの先端側にダンプもしくはチルト動作可能に設けられたバケットと、前記車体に備えられ車輪を駆動するドライブユニットと、前記リフトアームを動作させるリフトアームシリンダと前記バケットを動作させるバケットシリンダとから成る油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータの圧力を検知する圧力センサと、前記バケットの姿勢を検出する姿勢センサと、積込対象車両を認知する外界認知センサと、前記油圧アクチュエータと前記ドライブユニットを制御するコントローラと、を備えたホイールローダにおいて、前記コントローラは、前記圧力センサにより検出された圧力に基づき前記バケット内に積み込まれた対象物の荷重を演算する荷重演算部と、前記外界認知センサにより検出された積込対象車両の荷台を認知する荷台認知部と、前記荷台認知部により認知された前記積込対象車両の前記荷台を複数に区画して前記バケット内に積み込まれた対象物を、前記荷台に均等に積み込まれるように積み込む区画を演算する積込位置演算部と、前記荷重演算部により演算された前記対象物の荷重と前記積込位置演算部により演算された前記荷台の区画に基づいて、各区画毎の積込量を制御するバケット制御部と、前記荷重演算部により演算された前記対象物の荷重と前記積込位置演算部により演算された前記荷台の区画に基づいて、各区画毎に分けて前記対象物が積み込まれるように前記ドライブユニットを制御して前記車体の移動量を制御する走行制御部とを備えることを特徴とするホイールローダである。

本開示によれば、積込領域に対して積込対象物を均等に積み込むことができ、オペレータの負担を軽減することが可能なホイールローダを提供することができる。

本開示に係るホイールローダの実施形態１を示す側面図。図１のホイールローダのブロック図。図１のホイールローダの動作の一例を示すフローチャート。図１のホイールローダとダンプトラックの模式的な平面図。

以下、図面を参照して本開示に係るホイールローダの実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は、本開示に係るホイールローダの実施形態１を示す側面図である。図２は、図１に示すホイールローダ１００のブロック図である。

ホイールローダ１００は、たとえば、土、砂、砕石、鉱物などの積込対象物を、ダンプトラックの荷台などの積込領域に積み込む作業車両である。以下の説明では、図１に示すように、ホイールローダ１００の前後方向に平行なＸ軸、ホイールローダ１００の幅方向に平行なＹ軸、およびホイールローダ１００の高さ方向に平行なＺ軸からなる直交座標系に基づいて、ホイールローダ１００の各部を説明する場合がある。

ホイールローダ１００は、たとえば、車体１１０と、走行装置１２０と、リフトアーム１３０と、バケット１４０と、駆動装置１５０と、領域検知装置１６０と、制御装置１７０と、を備えている。また、ホイールローダ１００は、たとえば、積込量検知装置１８０をさらに備えている。また、ホイールローダ１００は、たとえば、姿勢検知装置１９０をさらに備えている。また、ホイールローダ１００は、たとえば、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）の受信機など、図示を省略する位置検知装置をさらに備えている。

車体１１０は、たとえば、前部のフロントボディと後部のリアボディとが連結された構成を有している。車体１１０は、たとえば、車輪１１１と、オペレータが搭乗する運転室１１２と、エンジン室１１３とを有している。車輪１１１は、車体１１０のフロントボディに取り付けられた一対の前輪と、車体１１０のリアボディに取り付けられた一対の後輪とを含み、走行装置１２０によって駆動されて車体１１０を走行させる。運転室１１２は、車体１１０の中央上部に設けられている。エンジン室１１３は、たとえば、運転室１１２の後方に配置され、図２に示す走行装置１２０や、エンジン１５１を含む駆動装置１５０を収容している。

運転室１１２の内部には、たとえば、図２に示す操作ボタン１１２ａ、入力装置１１２ｂ、図示を省略する操作レバー、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイール、計器、表示装置、スピーカ、表示ランプなどが設置されている。操作ボタン１１２ａは、たとえば、制御装置１７０によるホイールローダ１００の半自動積込制御を開始する際に、オペレータによって押下される。入力装置１１２ｂは、たとえば、制御装置１７０によるホイールローダ１００の半自動積込制御時に、オペレータによる積込領域の分割数の入力を受け付ける。

走行装置１２０は、たとえば、制御装置１７０に情報通信可能に接続されている。走行装置１２０は、制御装置１７０から出力された制御信号に基づいて、たとえば油圧トランスミッション（Hydrostatic Transmission：ＨＳＴ）を介してエンジン１５１の動力を伝達して車輪１１１を駆動させ、車体１１０を走行させる。走行装置１２０は、たとえば、トルクコンバータを用いたドライブユニットを含んでもよい。また、走行装置１２０は、ホイールローダ１００のアクセル、ブレーキ、ステアリングなどを制御して、ホイールローダ１００を所定の走行経路に沿って自動的に走行させる。

一対のリフトアーム１３０は、車体１１０のフロントボディの上部の左右両側に、回転軸を介して上下に回動可能に連結されている。一対のリフトアーム１３０の間には、ベルクランク１４１が設けられている。ベルクランク１４１は、一対のリフトアーム１３０を連結する連結部から前方へ延びる支持部に、回転軸を介して揺動可能に連結されている。ベルクランク１４１の一端は、回転軸を介してバケットリンク１４２の基端部に連結されている。

バケット１４０は、一対のリフトアーム１３０の車体１１０に連結された基端部とは反対側の先端部に、回転軸を介して上下に回動可能に連結されている。バケット１４０の底部の外側には、回転軸を介してバケットリンク１４２の先端部が連結されている。駆動装置１５０は、たとえば、エンジン１５１と、油圧ポンプ１５２と、コントロールバルブ１５３と、パイロットバルブ１５４と、リフトアームシリンダ１５５と、バケットシリンダ１５６とを有し、リフトアーム１３０およびバケット１４０を駆動させる。なお、図２において、細い実線は電気信号を示し、太い実線は油圧を示し、細い破線はパイロット圧を示している。

エンジン１５１は、油圧ポンプ１５２を駆動させる。油圧ポンプ１５２は、エンジン１５１によって駆動されて作動油を送出することで、コントロールバルブ１５３へ油圧を供給する。コントロールバルブ１５３は、パイロットバルブ１５４から供給されるパイッロト圧に応じて、油圧ポンプ１５２から供給される油圧を、リフトアームシリンダ１５５およびバケットシリンダ１５６のボトム室またはロッド室へ供給する。パイロットバルブ１５４は、制御装置１７０から出力された制御信号に応じて、コントロールバルブ１５３へ供給するパイロット圧を制御する。

一対のリフトアームシリンダ１５５は、それぞれ、一対のリフトアーム１３０の長手方向における中央部の下部に、回転軸を介して連結されたロッド１５５ａを有している。一対のリフトアームシリンダ１５５のロッド１５５ａと反対側の端部は、車体１１０のフロントボディに回転軸を介して連結されている。バケットシリンダ１５６は、一対のリフトアーム１３０の間に配置され、ベルクランク１４１のバケットリンク１４２が連結された端部とは反対側の端部に、回転軸を介して連結されたロッド１５６ａを有している。

このような構成により、油圧ポンプ１５２からコントロールバルブ１５３を介して一対のリフトアームシリンダ１５５のボトム室へ作動油が供給されると、一対のリフトアームシリンダ１５５のロッド１５５ａが伸長する。これにより、車体１１０のフロントボディに支持された回転軸を中心に、一対のリフトアーム１３０が上方へ回動する。

また、油圧ポンプ１５２からコントロールバルブ１５３を介して一対のリフトアームシリンダ１５５のロッド室へ作動油が供給されると、一対のリフトアームシリンダ１５５のロッド１５５ａが収縮する。これにより、車体１１０のフロントボディに支持された回転軸を中心に、一対のリフトアーム１３０が下方へ回動する。

また、油圧ポンプ１５２からコントロールバルブ１５３を介してバケットシリンダ１５６のボトム室へ作動油が供給されると、バケットシリンダ１５６のロッド１５６ａが伸長する。これにより、ベルクランク１４１が揺動し、バケットリンク１４２を介して動力が伝達され、リフトアーム１３０の先端部に支持された回転軸を中心に、バケット１４０が上方へ回動する。

また、油圧ポンプ１５２からコントロールバルブ１５３を介してバケットシリンダ１５６のロッド室へ作動油が供給されると、バケットシリンダ１５６のロッド１５６ａが収縮する。これにより、ベルクランク１４１が揺動し、バケットリンク１４２を介して動力が伝達され、リフトアーム１３０の先端部に支持された回転軸を中心に、バケット１４０が下方へ回動する。

領域検知装置１６０は、たとえば、ダンプトラックの荷台などの積込領域を検知する装置である。領域検知装置１６０は、たとえば、単眼カメラやステレオカメラなどの撮像装置、または、ＬｉＤＡＲ（レーザレーダ）によって構成することができる。領域検知装置１６０は、たとえば、積込領域の形状、大きさ、およびホイールローダ１００に対する相対的な位置を検知する。

本実施形態のホイールローダ１００において、領域検知装置１６０は、たとえば、車体１１０に設けられた運転室１１２の上部に取り付けられている。より具体的には、領域検知装置１６０は、たとえば、運転室１１２の上に、ホイールローダ１００の前方を向くように取り付けられている。

制御装置１７０は、たとえば、運転室１１２の内部やその近傍に設置され、走行装置１２０、駆動装置１５０、および領域検知装置１６０に接続されている。制御装置１７０は、たとえば、ＣＰＵなどのプロセッサ、メモリ、タイマ、入出力部などを含む電子制御装置によって構成される。

制御装置１７０は、たとえば、図２に示すように、積込領域認識部１７１と、積込演算部１７２と、走行制御部１７３と、バケット制御部１７４とを備えている。また、制御装置１７０は、たとえば、積込量算出部１７５を備えている。これら制御装置１７０の各部は、たとえば、制御装置１７０のメモリにロードされたプログラムを、制御装置１７０のプロセッサによって実行することで実現される、制御装置１７０の各種の機能を示している。制御装置１７０の動作については後述する。

積込量検知装置１８０は、バケット１４０に入った積込対象物の量を検知する装置である。積込量検知装置１８０は、たとえば、リフトアームシリンダ１５５のボトム室の作動油の圧力を測定する圧力センサ１８１と、リフトアームシリンダ１５５のロッド室の作動油の圧力を測定する圧力センサ１８２とを含む。圧力センサ１８１，１８２は、バケット１４０に入った積込対象物の量に応じて変化する作動油の圧力に応じた信号を出力する。

また、積込量検知装置１８０は、たとえば、バケットシリンダ１５６のボトム室の作動油の圧力を測定する圧力センサ１８３と、バケットシリンダ１５６のロッド室の作動油の圧力を測定する圧力センサ１８４とを含む。圧力センサ１８３，１８４は、バケット１４０に入った積込対象物の量に応じて変化する作動油の圧力に応じた信号を出力する。

姿勢検知装置１９０は、バケット１４０の姿勢を検知する装置である。姿勢検知装置１９０は、たとえば、車体１１０に対するリフトアーム１３０の角度を検知する角度センサ１９１と、リフトアーム１３０に対するベルクランク１４１の角度を検知する角度センサ１９２とを含む。角度センサ１９１，１９２は、バケット１４０の姿勢として、車体１１０に対するリフトアーム１３０の角度と、リフトアーム１３０に対するベルクランク１４１の角度を検出し、検出した角度に応じた信号を出力する。

以下、前述の制御装置１７０の動作を含むホイールローダ１００の動作の一例を説明する。図３は、ホイールローダ１００の動作の一例を示すフローチャートである。図４は、ホイールローダ１００とダンプトラック２００の模式的な平面図である。

図３に示す一連の処理を開始する前に、ホイールローダ１００のオペレータは、たとえば、土、砂、砕石、鉱物などの積込対象物を、バケット１４０によってすくい取る。具体的には、オペレータは、たとえば、運転室１１２内の操作レバー、アクセルペダル、ブレーキペダルなどを手動で操作することで、駆動装置１５０によってリフトアーム１３０およびバケット１４０を駆動させ、バケット１４０によって積込対象物をすくい取る。

その後、オペレータは、たとえば、運転室１１２内のアクセルペダル、ステアリングホイール、ブレーキペダルなどを手動で操作することで、走行装置１２０によってホイールローダ１００を走行させる。そして、オペレータは、たとえば、図４に示すように、領域検知装置１６０によって積込領域ＬＡを検知可能な位置までホイールローダ１００を移動させる。ここで、積込領域ＬＡは、ホイールローダ１００によって積込対象物を積み込む領域であり、図４に示す例では積込対象車両としてのダンプトラック２００の荷台である。

次に、オペレータは、たとえば、運転室１１２内の操作ボタン１１２ａを押下する。これにより、制御装置１７０は、図３に示す半自動積込制御を開始する。制御装置１７０は、たとえば、バケット１４０に入っている積込対象物を、複数の異なる位置に分散して積み込むための分割数Ｎを設定する処理Ｐ１を実行する。

この処理Ｐ１で設定する分割数Ｎは、たとえば、図４に示すホイールローダ１００の車体１１０の前後方向（Ｘ軸方向）における積込領域ＬＡの分割数Ｎである。たとえば、オペレータが、図２に示す入力装置１１２ｂに、積込領域ＬＡの分割数Ｎとして「３」を入力すると、その分割数Ｎの情報がホイールローダ１００の積込演算部１７２へ入力される。

なお、ホイールローダ１００の車体１１０の前後方向における積込領域ＬＡの分割数Ｎは、たとえば、２以上の任意の自然数とすることができる。また、積込演算部１７２において、積込領域ＬＡの分割数Ｎに上限と下限を設定してもよい。また、後述するように、車体１１０の前後方向における積込領域ＬＡの分割数Ｎは、入力装置１１２ｂから入力せずに、積込演算部１７２において自動計算してもよい。

次に、制御装置１７０は、たとえば、積込演算部１７２により、分割積込動作の反復回数ｎをゼロにリセットする処理Ｐ２を実行する。ここで、分割積込動作は、ホイールローダ１００の車体１１０の前後方向において積込領域ＬＡを所定の分割数Ｎで分割することによって得られる各々の分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３に対して、バケット１４０に入った積込対象物の一部を積み込む動作である。すなわち、分割積込動作の反復回数ｎが、車体１１０の前後方向における積込領域ＬＡの分割数Ｎと等しくなると、バケット１４０に入った積込対象物がすべて積込領域ＬＡに積み込まれることになる。

次に、制御装置１７０は、たとえば、積込量算出部１７５により、バケット１４０に入った積込対象物の量を算出する処理Ｐ３を実行する。より具体的には、この処理Ｐ３において、積込量算出部１７５は、たとえば、バケット１４０に入った積込対象物の重量を算出する。この処理Ｐ３において、積込量算出部１７５は、たとえば、姿勢検知装置１９０としての角度センサ１９１，１９２から、車体１１０に対するリフトアーム１３０の角度と、リフトアーム１３０に対するベルクランク１４１の角度を取得する。そして、積込量算出部１７５は、たとえば、取得した角度を、あらかじめ記憶装置に記憶された数式に入力することで、リフトアーム１３０およびバケット１４０の姿勢を算出する。

さらに、処理Ｐ３において、積込量算出部１７５は、たとえば、積込量検知装置１８０としての圧力センサ１８１，１８２からリフトアームシリンダ１５５のボトム室とロッド室の作動油の圧力を取得する。そして、積込量算出部１７５は、算出したリフトアーム１３０およびバケット１４０の姿勢と、圧力センサ１８１，１８２から取得した圧力に基づいて、バケット１４０に入った積込対象物の重量を算出する。また、バケットシリンダ１５６のボトム室とロッド室に圧力センサ１８３，１８４が設けられている場合には、積込量算出部１７５は、さらに、バケットシリンダ１５６のボトム室とロッド室の圧力を用いてバケット１４０に入った積込対象物の重量を算出してもよい。

なお、積込量算出部１７５において算出する積込対象物の量は、重量に限定されない。たとえば、積込量算出部１７５は、姿勢検知装置１９０および積込量検知装置１８０から取得した姿勢と圧力に加えて、あらかじめ記憶装置に記憶された積込対象物の密度に基づいて、積込対象物の体積を算出してもよい。また、積込量算出部１７５は、たとえば、バケット１４０の容積に基づいて積込対象物の体積を算出してもよい。また、積込量算出部１７５は、たとえば、領域検知装置１６０としての撮像装置の画像に基づいて、バケット１４０に入った積込対象物の量を算出してもよい。

次に、制御装置１７０は、たとえば、積込領域認識部１７１により、積込領域ＬＡを認識する処理Ｐ４を実行する。積込領域認識部１７１は、たとえば、図４に示すように、撮像装置またはレーザレーダを含む領域検知装置１６０の検知結果に基づいて、積込領域ＬＡの形状、大きさ、容積、およびホイールローダ１００に対する位置などを算出して、積込領域ＬＡを認識する。

次に、制御装置１７０は、たとえば、ホイールローダ１００の目標位置を演算する処理Ｐ５を実行する。図４に示す例において、積込領域ＬＡは、たとえば、長方形の領域である。また、ホイールローダ１００は、たとえば、車体１１０の幅方向が積込領域ＬＡの長手方向におおむね平行で、車体１１０の前後方向が積込領域ＬＡの短手方向におおむね平行な状態で、バケット１４０の前端が積込領域ＬＡの長手方向の中央部に対向している。

この場合、制御装置１７０は、たとえば、積込領域ＬＡのうち、ホイールローダ１００の車体１１０の前後方向（Ｘ軸方向）において、バケット１４０に対向する部分である第１積込列ＬＡ１に対して、積込対象物を積み込むための目標位置を算出する。より詳細には、制御装置１７０は、たとえば、積込演算部１７２により、第１積込列ＬＡ１を、前述の処理Ｐ１で設定した分割数Ｎで車体１１０の前後方向に分割した、分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３を算出する。

さらに、積込演算部１７２は、たとえば、算出した各々の分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３に対して積込対象物を積み込むためのホイールローダ１００の目標位置を算出する。さらに、積込演算部１７２は、たとえば、ホイールローダ１００の現在の位置から、次に積込対象物を積み込む目標位置までのホイールローダ１００の走行経路を算出する。

具体的には、各々の分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３に対応づけてドライブユニットの駆動による車体の移動量を制御する。たとえば、図４に示すように、ダンプトラック２００の荷台の積込領域ＬＡがダンプトラック２００の幅方向に３分割された場合、分割された分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３毎のダンプトラック２００の幅方向における長さを演算する。

また、積込演算部１７２は、姿勢検知装置１９０によって検知された情報に基づくリフトアーム１３０およびバケット１４０の姿勢と、積込領域認識部１７１によって認識された積込領域ＬＡの形状、大きさ、位置により、積込領域ＬＡに対するバケット１４０の位置を演算する。

次に、制御装置１７０は、たとえば、図３に示すように、ホイールローダ１００が目標位置に到達したか否かを判定する処理Ｐ６を実行する。制御装置１７０は、たとえば、走行制御部１７３により、ホイールローダ１００の現在の位置と目標位置とが等しいか否かを判定する。走行制御部１７３は、たとえば、この処理Ｐ６において、ホイールローダ１００が目標位置に到達していない（ＮＯ）と判定すると、走行装置１２０を制御してホイールローダ１００を目標位置まで走行経路に沿って走行させる処理Ｐ７を実行し、処理Ｐ６に戻る。また、処理Ｐ７において、走行制御部１７３は、分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３毎のダンプトラック２００の幅方向における長さをホイールローダ１００が移動するように走行装置１２０のドライブユニットの回転数を制御する。たとえば、分割領域ＬＡ１１への積み込みが終わると分割領域ＬＡ１１のダンプトラック２００の幅方向における長さに対応する距離を後退させるように制御する。

また、処理Ｐ６において、走行制御部１７３は、たとえば、ホイールローダ１００が目標位置に到達した（ＹＥＳ）と判定すると、走行装置１２０を制御してホイールローダ１００の走行を停止させる処理Ｐ８を実行する。その後、制御装置１７０は、たとえば、操作ボタン１１２ａが押下されたか否かを判定する処理Ｐ９を実行する。

この処理Ｐ９において、制御装置１７０は、たとえば、バケット制御部１７４により、オペレータが操作ボタン１１２ａを押下していない（ＮＯ）と判定すると、処理Ｐ９を繰り返す。一方、この処理Ｐ９において、たとえば、バケット制御部１７４により、オペレータが操作ボタン１１２ａを押下した（ＹＥＳ）と判定すると、制御装置１７０は、積込対象物の目標残量Ｑｔを算出する処理Ｐ１０を実行する。

この処理Ｐ１０において、制御装置１７０は、たとえば、バケット制御部１７４により、積込対象物の目標残量Ｑｔを算出する。ここで、目標残量Ｑｔは、バケット１４０に入った積込対象物の一部を、次に積込対象物を積み込む分割領域ＬＡ１１に積み込んだ後にバケット１４０に残存させるべき積込対象物の量である。バケット制御部１７４は、たとえば、現在の反復回数ｎと、前述の処理Ｐ１で設定した分割数Ｎと、前述の処理Ｐ３で算出した積込対象物の重量と、に基づいて、分割領域ＬＡ１１に積込対象物の一部を積み込んだ後の積込対象物の目標残量Ｑｔとして、目標残重量を算出する。

より具体的には、バケット制御部１７４は、前述の処理Ｐ３で算出した積込対象物の積載重量を分割数Ｎで除算した分割積込量を算出する。さらに、バケット制御部１７４は、上記積載重量から、上記分割積込量と現在の反復回数ｎとを乗算した重量を減算した重量を、積込対象物の目標残量Ｑｔを算出する。

次に、制御装置１７０は、たとえば、積込量算出部１７５により、バケット１４０に入っている積込対象物の現在の残量Ｑを算出する処理を実行する。より具体的には、積込量算出部１７５は、たとえば、前述の処理Ｐ３と同様に、バケット１４０に現在入っている積込対象物の重量を算出する。その後、制御装置１７０は、現在の残量Ｑが目標残量Ｑｔ以下か否かを判定する処理Ｐ１２を実行する。

この処理Ｐ１２において、制御装置１７０は、たとえば、バケット制御部１７４により、バケット１４０に入っている積込対象物の現在の残量Ｑが目標残量Ｑｔよりも多い（ＮＯ）と判定すると、バケット１４０内の積込対象物をダンプする処理Ｐ１３を実行する。この処理Ｐ１３において、バケット制御部１７４は、駆動装置１５０のパイロットバルブ１５４に制御信号を出力して、リフトアーム１３０のリフト量およびバケット１４０のチルト量を増加させる。

この処理Ｐ１３において、バケット制御部１７４は、バケット１４０内の積込対象物を、たとえば、複数の分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３に分割して均等に積み込むことができるように、一つの分割領域ＬＡ１１に積込対象物の一部をダンプする。また、処理Ｐ１３において、バケット制御部１７４は、姿勢検知装置１９０の出力に基づいてバケット１４０の爪先の位置を算出し、積込領域ＬＡとの接触を回避するために、バケット１４０の爪先の位置が所定の高さ以上になるように、パイロットバルブ１５４に制御信号を出力する。その後、制御装置１７０は、再度、処理Ｐ１１を実行する。

一方、処理Ｐ１２において、バケット制御部１７４は、バケット１４０に入っている積込対象物の現在の残量Ｑが目標残量Ｑｔ以下である（ＹＥＳ）と判定すると、リフトアーム１３０およびバケット１４０を停止する処理Ｐ１４を実行する。この処理Ｐ１４において、制御装置１７０は、たとえば、バケット制御部１７４により、駆動装置１５０を制御して、リフトアーム１３０およびバケット１４０を停止させる。

次に、制御装置１７０は、たとえば、積込演算部１７２により、現在の反復回数ｎに１を加えて反復回数ｎをインクリメントする処理Ｐ１５を実行し、その反復回数ｎが分割数Ｎより小であるか否かを判定する処理Ｐ１６を実行する。この処理Ｐ１６において、制御装置１７０は、たとえば、積込演算部１７２により、反復回数ｎが分割数Ｎより小である（ＹＥＳ）と判定すると、走行制御部１７３により、オペレータが操作ボタン１１２ａを押下したか否かを判定する処理Ｐ１７を実行する。

この処理Ｐ１７において、走行制御部１７３は、オペレータが操作ボタン１１２ａを押下していない（ＮＯ）と判定すると、この処理Ｐ１７を繰り返す。一方、走行制御部１７３は、オペレータが入力装置１１２ｂを押下した（ＹＥＳ）と判定すると、前述の処理Ｐ４から処理Ｐ１６までを繰り返し、次の分割領域ＬＡ１２に対する積込対象物の積み込みを行う。これにより、バケット１４０に入った積込対象物が、図４に示すように、ホイールローダ１００の前後方向における前方側に位置する分割領域ＬＡ１１から後方側に位置する分割領域ＬＡ１３まで、分割数Ｎに応じて分散されて均等に積み込まれる。

また、ホイールローダ１００の車体１１０の前後方向において、すべての分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３に対する積込対象物の積み込みが終了して、バケット１４０が空になると、反復回数ｎが分割数Ｎに等しくなる。その結果、前述の処理Ｐ１６において、たとえば、バケット制御部１７４によって、反復回数ｎが分割数Ｎ以上である（ＮＯ）と判定され、図３に示す半自動積込制御が終了する。

以上により、図４に示す積込領域ＬＡのうち、ホイールローダ１００の車体１１０の幅方向における積込領域ＬＡの中央部の第１積込列ＬＡ１に対して、バケット１４０に入ったすべての積込対象物が積み込まれる。そして、第１積込列ＬＡ１において、車体１１０の前後方向に分割された複数の分割領域ＬＡ１１，ＬＡ１２，ＬＡ１３に対して、積込対象物が分割されて均等に積み込まれる。

次に、オペレータは、ホイールローダ１００を手動で操作して走行させ、積込対象物が集積された場所にホイールローダ１００を移動させる。さらに、オペレータは、リフトアーム１３０およびバケット１４０を手動で操作して、積込対象物をバケット１４０によってすくい取る。その後、オペレータは、ホイールローダ１００を手動で操作して走行させ、図４に示すように、次に積込対象物を積み込む積込領域ＬＡの第２積込列ＬＡ２に、バケット１４０の前端部を対向させた状態で停車させ、操作ボタン１１２ａを押下する。

すると、制御装置１７０により、図３に示す半自動積込制御が開始され、第２積込列ＬＡ２の分割領域ＬＡ２１，ＬＡ２２，ＬＡ２３に対して、バケット１４０に入った積込対象物が分散されて均等に積み込まれる。その後、オペレータは、同様の手順を繰り返すことで、積込領域ＬＡの第３積込列ＬＡ３の分割領域ＬＡ３１，ＬＡ３２，ＬＡ３３に対して、バケット１４０に入った積込対象物を分散させて均等に積み込むことができる。

以下、本実施形態のホイールローダ１００の作用を、従来の作業車両の制御システムとの対比に基づいて説明する。前記特許文献１に記載された従来の制御システムでは、前述のように、側方視される積込対象車両に対して、積込対象領域の長さ方向に対して分割した所定の積込位置に対応する積込ガイダンスが、表示部に表示される。しかしながら、表示部に表示された各々の積込位置に対して積込対象物を均等に積み込むために、オペレータは、依然として作業車両を手動で操作し、各々の積込位置に対して積込対象物を車両の前後方向に複数回に分けて積み込む必要がある。

このような作業車両の手動操作は、複雑で熟練を要し、オペレータにかかる負担が大きい。また、この従来の制御システムでは、たとえば、作業車両の前後方向において、積込対象車両の荷台内で積荷が不均等になっていると、積込対象車両の停止や操舵といった運転性能に悪影響を及ぼす可能性がある。このような場合、さらには、積込対象車両のタイヤの摩耗や、燃費の悪化を引き起こす可能性もある。

これに対し、本実施形態のホイールローダ１００は、前述のように、積込対象物を積込領域ＬＡに積み込む作業車両である。ホイールローダ１００は、車体１１０と、その車体１１０を走行させる走行装置１２０と、車体１１０に連結されたリフトアーム１３０と、そのリフトアーム１３０に連結されたバケット１４０と、を備えている。また、ホイールローダ１００は、リフトアーム１３０およびバケット１４０を駆動させる駆動装置１５０と、積込領域ＬＡを検知する領域検知装置１６０と、走行装置１２０、駆動装置１５０、および領域検知装置１６０に接続された制御装置１７０と、を備えている。この制御装置１７０は、領域検知装置１６０の検知結果に基づいて積込領域ＬＡを認識し、走行装置１２０および駆動装置１５０を制御する。これにより、制御装置１７０は、車体１１０の位置を前後方向に変化させながら、バケット１４０に入った積込対象物を積込領域ＬＡの複数の異なる位置に分散させて積み込む。

このような構成により、本実施形態のホイールローダ１００は、車体１１０の前後方向において、積込領域ＬＡの複数の異なる位置に、積込対象物を自動的に分散させて積み込むことができる。そのため、図４に示すように、たとえば、積込領域ＬＡがダンプトラック２００の荷台である場合、オペレータの手動操作によることなく、制御装置１７０によってホイールローダ１００の車体１１０の前後方向において、積込対象物を自動的に均等に積み込むことが可能になる。したがって、本実施形態のホイールローダ１００によれば、積込領域ＬＡに対して積込対象物を均等に積み込むことができ、オペレータの負担を軽減することが可能になる。さらに、たとえば、ダンプトラック２００の荷台など、積込対象車両の積込領域ＬＡに、積込対象物が均等に積み込まれることで、積込対象車両の運転性能に悪影響を及ぼすことが防止され、タイヤの摩耗や燃費の悪化を抑制することができる。

また、本実施形態のホイールローダ１００において、制御装置１７０は、車体１１０の前後方向において、積込領域ＬＡを複数の分割領域ＬＡ１１～ＬＡ３３に分割する。そして、制御装置１７０は、走行装置１２０および駆動装置１５０を制御することで、車体１１０の位置を前後方向に変化させながら、バケット１４０に入った積込対象物を複数の分割領域ＬＡ１１～ＬＡ３３に分散させて積み込む。このような構成により、本実施形態のホイールローダ１００は、積込領域ＬＡの複数の分割領域ＬＡ１１～ＬＡ３３に、積込対象物を自動的に分散させて積み込むことができる。

また、本実施形態のホイールローダ１００は、バケット１４０に入った積込対象物の量を検知する積込量検知装置１８０をさらに備えている。そして、制御装置１７０は、積込量検知装置１８０に接続され、積込対象物の量を計測しながらバケット１４０に入った積込対象物を積込領域ＬＡの異なる複数の位置に積み込む。このような構成により、本実施形態のホイールローダ１００は、積込領域ＬＡの異なる複数の位置に、積込対象物を均等な量で積み込むことが可能になる。

また、本実施形態のホイールローダ１００は、バケット１４０の姿勢を検知する姿勢検知装置１９０をさらに備えている。そして、制御装置１７０は、姿勢検知装置１９０の検知結果に基づいてバケット１４０の姿勢を計測しながらバケット１４０に入った積込対象物を積込領域ＬＡの異なる複数の位置に積み込む。このような構成により、本実施形態のホイールローダ１００は、積込領域ＬＡとバケット１４０との接触を防止しつつ、積込領域ＬＡの異なる複数の位置に、積込対象物を均等な量で積み込むことが可能になる。

また、本実施形態のホイールローダ１００において、制御装置１７０は、走行装置１２０を制御することで、積込領域ＬＡから離れるように車体１１０を後退させながら、バケット１４０に入った積込対象物を積込領域ＬＡの異なる複数の位置にダンプさせる。

このような構成により、本実施形態のホイールローダ１００は、積込領域ＬＡとの接触をより確実に回避することが可能になる。より具体的には、たとえば、車体１１０の前後方向における最も前方に位置する積込領域ＬＡの分割領域ＬＡ１１，ＬＡ２１，ＬＡ３１に最初に積込対象物を積み込むことができる。そのため、最初に積込領域ＬＡとバケット１４０との接触を回避するための演算を行うことで、その演算結果を後方の分割領域ＬＡ１２～ＬＡ３２，ＬＡ１３～ＬＡ３３に積込対象物を積み込むときに利用することができる。

また、本実施形態のホイールローダ１００において、領域検知装置１６０は、車体１１０に設けられた運転室１１２の上部に取り付けられている。このような構成により、領域検知装置１６０の死角を減少させ、積込領域ＬＡをより確実に検知することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、積込領域ＬＡに対して積込対象物を均等に積み込むことができ、オペレータの負担を軽減することが可能なホイールローダ１００を提供することができる。なお、本開示のホイールローダは、前述の構成に限定されない。以下、本実施形態に係るホイールローダ１００のいくつかの変形例を説明する。

前述の実施形態では、ホイールローダ１００の領域検知装置１６０が、撮像装置やレーザレーダである場合について説明した。しかし、たとえば、図４に示すように、ダンプトラック２００が、ＧＮＳＳの受信機などの位置検知部２１０と通信装置２２０とを備える場合、領域検知装置１６０は、ダンプトラック２００の通信装置２２０と通信可能な通信装置であってもよく、ＧＮＳＳの受信機などの位置検知装置１６１を備えていてもよい。この場合、積込領域ＬＡは、通信装置２２０を備えたダンプトラック２００の荷台であり、ホイールローダ１００の領域検知装置１６０は、ダンプトラック２００の通信装置２２０から送信される荷台の形状、大きさをおよび位置を取得して積込領域ＬＡを検知する。また、制御装置１７０の積込領域認識部１７１は、領域検知装置１６０の検知結果と、位置検知装置１６１の検知結果に基づいて、積込領域ＬＡを認識する。このような構成により、前述の実施形態で説明したホイールローダ１００と同様の効果を奏することができるだけでなく、積込領域ＬＡの位置と形状の演算を省略して、制御装置１７０の処理負荷を軽減することができる。

また、前述の実施形態に係るホイールローダ１００において、図２に示す入力装置１１２ｂを省略してもよい。この場合、車体１１０の前後方向における積込領域ＬＡの分割数Ｎは、制御装置１７０によって算出することが可能である。より具体的には、制御装置１７０は、たとえば、積込演算部１７２により、ホイールローダ１００の車体１１０の幅方向において、積込領域ＬＡの大きさとバケット１４０の大きさに基づいて、積込領域ＬＡを複数の積込列に分割する。これにより、積込領域ＬＡは、たとえば、図４に示す第１積込列ＬＡ１、第２積込列ＬＡ２、第３積込列ＬＡ３のように、車体１１０の幅方向において複数の領域に分割される。さらに、制御装置１７０は、前述の実施形態と同様に、走行装置１２０および駆動装置１５０を制御することで、車体１１０の位置を前後方向に変化させながら、バケット１４０に入った積込対象物を、たとえば第１積込列ＬＡ１、第２積込列ＬＡ２、または第３積込列ＬＡ３の一の積込列の複数の分割領域ＬＡ１１～ＬＡ３３に分散させて積み込む。このような構成により、入力装置１１２ｂに積込領域ＬＡの分割数Ｎを入力することなく、自動的に分割数Ｎを算出することが可能になる。

また、ホイールローダ１００において、制御装置１７０は、積込領域ＬＡにおける積込対象物の最大積載量と、バケット１４０における積込対象物の最大積載量とに基づいて積込領域ＬＡの分割数を算出してもよい。これにより、制御装置１７０は、たとえば積込演算部１７２により、バケット１４０によって積込対象物を積込領域ＬＡに積み込む回数を自動的に計算して、第１積込列ＬＡ１、第２積込列ＬＡ２、第３積込列ＬＡ３などの複数の積込列を算出することができる。さらに、各積込列における分割領域ＬＡ１１～ＬＡ１３などの車体１１０の前後方向における分割数を自動的に計算することが可能になる。

以上、図面を用いて本開示に係るホイールローダの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１００ホイールローダ
１１０車体
１１２運転室
１２０走行装置
１３０リフトアーム
１４０バケット
１５０駆動装置
１６０領域検知装置
１７０制御装置
１８０積込量検知装置
１９０姿勢検知装置
ＬＡ積込領域
２００ダンプトラック
２２０通信装置
ＬＡ１～ＬＡ３積込列
ＬＡ１１～ＬＡ３３分割領域

Claims

車体と、
前記車体に対し上下に回動可能に設けられたリフトアームと、
前記リフトアームの先端側にダンプもしくはチルト動作可能に設けられたバケットと、
前記車体に備えられ車輪を駆動するドライブユニットと、
前記リフトアームを動作させるリフトアームシリンダと前記バケットを動作させるバケットシリンダとから成る油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータの圧力を検知する圧力センサと、
前記バケットの姿勢を検出する姿勢センサと、
積込対象車両を認知する外界認知センサと、
前記油圧アクチュエータと前記ドライブユニットを制御するコントローラと、
を備えたホイールローダにおいて、
前記コントローラは、
前記圧力センサにより検出された圧力に基づき前記バケット内に積み込まれた対象物の荷重を演算する荷重演算部と、
前記外界認知センサにより検出された積込対象車両の荷台を認知する荷台認知部と、
前記荷台認知部により認知された前記積込対象車両の前記荷台を複数に区画して前記バケット内に積み込まれた対象物を、前記荷台に均等に積み込まれるように積み込む区画を演算する積込位置演算部と、
前記荷重演算部により演算された前記対象物の荷重と前記積込位置演算部により演算された前記荷台の区画に基づいて、各区画毎の積込量を制御するバケット制御部と、
前記荷重演算部により演算された前記対象物の荷重と前記積込位置演算部により演算された前記荷台の区画に基づいて、各区画毎に分けて前記対象物が積み込まれるように前記ドライブユニットを制御して前記車体の移動量を制御する走行制御部と、
を備えることを特徴とするホイールローダ。
請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記外界認知センサは、外界を認知するカメラであること
を特徴とするホイールローダ。
請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記外界認知センサは、前記車体に設けられた運転室の上部に設置されていることを特徴とするホイールローダ。
請求項１に記載のホイールローダにおいて、
前記外界認知センサにより、前記積込対象車両と通信して前記積込対象車両の前記荷台の位置と形状を認知し、前記積込対象車両と前記車体との相対位置を演算すること
を特徴とするホイールローダ。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のホイールローダにおいて、
前記コントローラは、前記車体が前記積込対象車両に最接近した後には、前記荷重演算部により演算された前記対象物の荷重と前記積込位置演算部により演算された前記荷台の位置に基づいて、前記車体を後進させる方向に前記ドライブユニットを制御させながら、前記バケットを制御すること
を特徴とするホイールローダ。